10 загадок Всесвіту, над якими вчені досі ламають голову

Що таке темна матерія

Темна матерія - одна з найбільш невловимих речовин у Всесвіті. Вона називається "темною", тому що не випромінює, не поглинає і не відображає світло, що робить її невидимою і виявляється вона тільки за гравітаційними ефектами.

Незважаючи на свою загадкову природу, вважається, що темна матерія становить близько 27 відсотків Всесвіту. Вчені запропонували різні кандидати на роль темної матерії, включаючи слабко взаємодіючі масивні частинки (WIMPs) та аксіони, але жоден з них поки що не був підтверджений.

Що таке темна енергія

Ще загадковішою, ніж темна матерія, є темна енергія - сила, яка прискорює розширення Всесвіту. Вважається, що така енергія становить близько 68 відсотків Всесвіту. Природа темної енергії залишається невідомою, і її розуміння є одним із найбільших завдань у космології.

Деякі теорії припускають, що це може бути властивість самого простору, в той час, як інші висувають припущення, що це може бути пов'язане з новим полем або частинкою.

Що сталося до Великого вибуху

Теорія Великого вибуху описує походження Всесвіту як вибух із нескінченно щільної точки, але не пояснює, що, якщо взагалі щось, передувало цій події. Поняття "до" Великого вибуху може взагалі не застосовуватись, якщо сам час почався з цієї події.

Були запропоновані різні теорії, включаючи ідею мультивсесвіту та циклічні моделі, але поки що немає остаточної відповіді.

Художня інтерпретація Великого вибуху із зображеннями раннього Всесвіту та його розширення (gif: NASA)

Чи одні ми у Всесвіті

Питання позаземного життя є одним із самих інтригуючих.

Незважаючи на великі пошуки, включаючи місії на Марс, вивчення екстремофілів на Землі та виявлення екзопланет в зоні життя, поки не знайдено жодних переконливих доказів існування життя за межами Землі.

Відкриття мікробного життя на іншій планеті або Місяці мало б глибокі наслідки для нашого розуміння життя у Всесвіті.

Яка доля Всесвіту

Остаточна доля Всесвіту все ще є предметом суперечок. Чи Всесвіт продовжуватиме розширюватися вічно, зрештою призводячи до "теплової смерті", коли всі зірки згаснуть, а галактики розлетяться? Чи він випробує "Великий стиск", коли розширення звернеться, і все знову зникне в сингулярність?

Інша можливість - "Великий розрив", коли темна енергія зрештою розірве галактики, зірки та навіть атоми. Спостереження за розширенням Всесвіту та властивостями темної енергії допоможуть визначити її остаточну долю.

Яка природа Чорних дір

Чорні діри - це області простору, де гравітація настільки сильна, що навіть світло не може вирватися з них. Обрій подій, кордон, за який ніщо не може повернутися, оповитий таємницею.

Точна природа того, що відбувається всередині чорної діри, і як зберігається інформація, залишається однією з найбільших загадок теоретичної фізики.

Нещодавні спостереження гравітаційних хвиль від злиття чорних дір надали нові знання, але породили нові питання.

Пряме радіозображення надмасивної чорної діри (фото: Wikimedia)

Чому у Всесвіті більше матерії, ніж антиматерії

Всесвіт здається переважно складається з матерії, тоді як антиматерія трапляється рідко. Відповідно до теорії Великого вибуху, матерія та антиматерія мали утворитися у рівних кількостях. Однак Всесвіт, що спостерігається, демонструє явне переважання матерії.

Ця асиметрія, відома як баріонна асиметрія, залишається непоясненою. Були запропоновані різні теорії, включаючи порушення CP-симетрії у взаємодіях частинок, але поки що жодна з них не дала повної відповіді.

Які існують фундаментальні сили природи

Всесвіт управляється чотирма фундаментальними силами: гравітацією, електромагнетизмом, сильною та слабкою ядерною взаємодією. Зусилля щодо об'єднання цих сил у єдину структуру, відому як Теорія всього, продовжуються вже десятиліттями.

Серед провідних кандидатів - теорія струн та петлева квантова гравітація, проте експериментальних доказів поки що немає. Розуміння того, як ці сили взаємодіють на фундаментальному рівні, є ключовою метою теоретичної фізики.

Яка справжня природа часу

Час є фундаментальним аспектом нашого досвіду, але його справжня природа досі не зрозуміла. Чи є час безперервним чи дискретним? Чи тече він в одному напрямку, чи на квантовому рівні може переміщатися інакше?

Теорія відносності показує, що час відносний і може бути змінений швидкістю і гравітацією, але повне розуміння часу, особливо у контексті квантової механіки, залишається недосяжним.

Як виникло життя

Походження життя на Землі - ще одна глибока загадка. Існують різні гіпотези, включаючи теорію первинного бульйону та гіпотезу глибоководних гідротермальних джерел, але жодна з них не була остаточно доведена.

Розуміння того, як неживі хімічні сполуки перейшли в живі організми, важливе для осмислення походження життя та його можливого існування в інших частинах Всесвіту.

Деякі дослідники вважають, що життя могло зародитися в глибоководних гідротермальних джерелах (фото: University of Chicago News)